韓佳栩

一提到太陽(yáng)能發(fā)電，可能大多數(shù)人首先想到的會(huì)是住宅樓屋頂上傾斜的太陽(yáng)能電池板，或者是戈壁上一排排整齊列隊(duì)的光伏板方陣。

現(xiàn)在，京瓷TCL太陽(yáng)能聯(lián)合公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“京瓷”）要讓人們的腦海中增加一幅畫(huà)面，它打算讓水和太陽(yáng)能發(fā)電站更緊密地聯(lián)系在一起。

京瓷正在日本千葉縣市原市的山倉(cāng)水庫(kù)建造全球最大的水上太陽(yáng)能發(fā)電站，預(yù)計(jì)2017年完工。建成后，占“水”面積約18萬(wàn)平方米，輸出功率約13.7兆瓦，年發(fā)電量大約相當(dāng)于4970戶普通家庭的年用電量。

太陽(yáng)能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。前者通過(guò)碟形鏡面聚集太陽(yáng)能，加熱工質(zhì)（實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)）以驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電；后者則是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)（半導(dǎo)體在受到光照射時(shí)，不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象）將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

光伏發(fā)電設(shè)備主要由太陽(yáng)電池板、控制器和逆變器三大部分組成。這是目前太陽(yáng)能發(fā)電的主要方式。而京瓷正在建造的這座也屬于此種，它由5萬(wàn)多塊太陽(yáng)能電池板組成。

水上光伏發(fā)電站與地面設(shè)置型發(fā)電站的運(yùn)行原理大致相似。唯一不同的是，水上發(fā)電站的建造過(guò)程中，需要先在水中固定形似竹筏的水上架臺(tái)，也就是用于固定、安裝太陽(yáng)能電池板的浮體構(gòu)造物，之后，再在架臺(tái)上安裝光伏組件。

這也是京瓷建造這座水上光伏發(fā)電站的最大難點(diǎn)，雖然它此前已經(jīng)建設(shè)過(guò)3座水上太陽(yáng)能發(fā)電站了，但“全球最大面積”的稱(chēng)號(hào)還是帶來(lái)了一些新的困難?！耙?yàn)檫@次安裝面積非常大，而且水下地形也不一致，我們要將水上架臺(tái)穩(wěn)定地固定在水面上，就不只需要經(jīng)驗(yàn)，還需要根據(jù)流體力學(xué)計(jì)算出最佳的錨固位置以及需要的數(shù)量?！本┐芍晔綍?huì)社太陽(yáng)能事業(yè)本部市場(chǎng)部的技術(shù)人員中村一博對(duì)《第一財(cái)經(jīng)周刊》說(shuō)。

除了地形的問(wèn)題，水上光伏發(fā)電站對(duì)設(shè)備的要求也非常高—不僅要防腐、防水，還必須能夠在高鹽霧、高濕度、大風(fēng)等條件下正常工作，且要保證較小的故障率。據(jù)中村一博介紹，此次京瓷采用的是法國(guó)Cielet Terre International公司的水上架臺(tái)。這種水上架臺(tái)用耐紫外線、耐腐蝕性強(qiáng)的高密度聚乙烯材料制成，而且全部材料都能回收利用。

地面式光伏發(fā)電站往往是許多太陽(yáng)能電池板相互連接組成的光伏陣列，看起來(lái)頗有氣勢(shì)，不過(guò)，這也意味著不小的占地面積—土地資源對(duì)于日本這種國(guó)家來(lái)說(shuō)，當(dāng)然是較為稀缺的資源。

2015年11月，由Eurus能源控股公司建造的日本第一大太陽(yáng)能發(fā)電站剛剛竣工，這是一座地面式光伏發(fā)電站，設(shè)置了51.36萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能電池板，占地面積約達(dá)253萬(wàn)平方米，輸出功率約115兆瓦—也就是說(shuō)，這座地面光伏發(fā)電站每塊太陽(yáng)能板占地約5平方米，每1000瓦輸出功率需要22平方米的土地作為支持。

根據(jù)咨詢(xún)公司HIS最新發(fā)布的報(bào)告，2015年，全球光伏安裝量為59兆瓦，同比增長(zhǎng)了35%。HIS預(yù)測(cè)，今年，全球光伏行業(yè)將持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)，增幅預(yù)期將突破17%，達(dá)到69兆瓦。

然而近年來(lái)，日本兆瓦級(jí)光伏發(fā)電站的建設(shè)用地正日益減少，對(duì)于傳統(tǒng)能源不足的日本來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是個(gè)急需解決的緊迫問(wèn)題。在這樣的背景下，水上光伏發(fā)電站成為這個(gè)國(guó)家看好的新選擇。

日本發(fā)展水上發(fā)電站有一個(gè)先天有利的因素。由于日本降水的季節(jié)變化較大，日本國(guó)內(nèi)有很多灌溉用的蓄水池以及河水上漲時(shí)用的調(diào)節(jié)池，而這些人工水池上，就可以建設(shè)水上發(fā)電站。

一般情況下，這些人工水庫(kù)除了在緊急情況蓄水之外，沒(méi)有其他用處，等于是白白消耗維護(hù)管理成本。而出售蓄水池的水上使用權(quán)，當(dāng)?shù)卣軌颢@得新的現(xiàn)金收入。

和傳統(tǒng)的地面光伏發(fā)電站相比，水上光伏系統(tǒng)所使用的架臺(tái)費(fèi)用相對(duì)高一些，但由于系統(tǒng)安裝在水面上，水對(duì)光伏組件有冷卻效果，可抑制組件表面溫度上升，因此，可能獲得更高的發(fā)電效率。尤其在高溫的夏季，水上光伏發(fā)電站更容易確保發(fā)電量。

影響發(fā)電效率的另一個(gè)因素是太陽(yáng)能電池板上的灰塵，所以電池板往往需要定期清洗。而對(duì)地面式太陽(yáng)能電池板來(lái)說(shuō)，這一成本花費(fèi)不菲。但水上發(fā)電站就可以直接用周?chē)乃逑刺?yáng)能電池板，相對(duì)節(jié)省了一些成本。

而對(duì)于水上生態(tài)環(huán)境來(lái)說(shuō)，發(fā)電站的水上架臺(tái)所采用的高密度聚乙烯材料，由于做了環(huán)保處理，不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，對(duì)水質(zhì)也無(wú)較大影響。盡管漂浮在水面上的光伏組件在一定程度上會(huì)阻隔陽(yáng)光的滲透，影響水中的動(dòng)植物，但水上光伏發(fā)電站多建在人工水池之上，所以也不會(huì)影響到水中的瀕危物種，從而降低對(duì)生物多樣性的傷害。此外，水上太陽(yáng)能發(fā)電站還能起到防止藻類(lèi)大量繁殖的作用。

其實(shí)，在水上安裝太陽(yáng)能發(fā)電站的不只是日本，全球很多地方都在追趕這波風(fēng)潮—巴西、韓國(guó)、澳大利亞、印度都在安裝漂浮式太陽(yáng)能電池板。去年年底，中國(guó)首座大型水面光伏系統(tǒng)也在湖北棗陽(yáng)建成投產(chǎn)。

早在2011年，英國(guó)設(shè)計(jì)師Phil Pauley就提出了漂浮式太陽(yáng)能電池的理念，不同于現(xiàn)在的水上光伏發(fā)電站，它是一種漂浮在海面上的網(wǎng)狀太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，電池板可連接在一起，形成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，伴隨著浮力船在水面上忽沉忽浮，還可以收集產(chǎn)生的波能—考慮到海的廣闊性，如果這一想法實(shí)現(xiàn)，京瓷在建的這座水上最大太陽(yáng)能發(fā)電站的稱(chēng)號(hào)就要讓位了。

不過(guò)目前看來(lái)，在開(kāi)闊的海洋上鋪設(shè)漂浮太陽(yáng)能電池板還需要更多的技術(shù)支持。京瓷的太陽(yáng)能營(yíng)銷(xiāo)總經(jīng)理Ichiro Ikeda認(rèn)為，無(wú)休止的波浪會(huì)改變水位，進(jìn)而打亂整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。

盡管京瓷項(xiàng)目的水上架臺(tái)供應(yīng)商Cielet Terre公司曾在泰國(guó)對(duì)鹽水友好型系統(tǒng)做了試驗(yàn)并取得了成功，不過(guò)在海上建太陽(yáng)能發(fā)電站還是停留在概念階段—近海設(shè)施將耗費(fèi)巨大的成本，而且發(fā)電場(chǎng)與用電方更接近，是發(fā)電站的基本邏輯。